劉秦銘，黃楚晴

一起10 kV開(kāi)關(guān)柜（F15）局放定位診斷與分析

劉秦銘1，黃楚晴2

（1.廣東電網(wǎng)責(zé)任有限公司廣州供電局，廣東 廣州 510000；2.廣東電網(wǎng)責(zé)任有限公司韶關(guān)供電局，廣東 韶關(guān) 510630）

通過(guò)診斷及分析一起10 kV開(kāi)關(guān)柜（F15）的局部放電缺陷，從而判斷出原因并做出運(yùn)維試驗(yàn)跟蹤，進(jìn)而進(jìn)行復(fù)測(cè)或停電檢查工作等處理工作，以最終消除缺陷。此研究將能為相關(guān)局放試驗(yàn)工作提供必要的技術(shù)參考及判斷依據(jù)，以更好地提高操作的安全性。

10 kV開(kāi)關(guān)柜；局部放電；試驗(yàn)診斷；高精度示波器時(shí)差法

1 背景概述

隨著電力系統(tǒng)中電力技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，緊湊型的高壓開(kāi)關(guān)柜在變電站中的使用逐漸廣泛，因此為了避免高壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)生絕緣故障等問(wèn)題，對(duì)于其機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、絕緣材料的使用及運(yùn)維環(huán)境均需要滿足嚴(yán)格的要求。如何有效安全地對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局放診斷，從而提出有效的改進(jìn)措施，是加強(qiáng)電氣設(shè)備管理及應(yīng)用新技術(shù)的重要研究方向，不但能預(yù)防事故發(fā)生，同時(shí)提高電氣設(shè)備的使用壽命。由于10～35 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)因絕緣介質(zhì)中氣泡或雜質(zhì)的存在而導(dǎo)致局部場(chǎng)強(qiáng)增大，從而發(fā)生局部放電的情況，而局部放電會(huì)導(dǎo)致絕緣老化和擊穿，造成一定的開(kāi)關(guān)柜安全事故。檢修工作對(duì)于電力行業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在危險(xiǎn)，防止安全事故的發(fā)生。其中10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜的檢修測(cè)試工作在電力系統(tǒng)中十分常見(jiàn)。

2019-04，韶關(guān)供電局工作人員在開(kāi)展10 kV開(kāi)關(guān)柜局部放電測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)F15開(kāi)關(guān)柜存在異常，DMS、朗德超高頻均測(cè)試到疑似局放信號(hào)，懷疑開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部存在沿面或空穴放電，現(xiàn)場(chǎng)超聲和暫態(tài)地電波數(shù)據(jù)無(wú)異常，超聲波現(xiàn)場(chǎng)數(shù)值0 dB（超過(guò)6 dB為嚴(yán)重放電），地電波3 dB（超過(guò)50 dB為嚴(yán)重放電）。為進(jìn)一步查找信號(hào)來(lái)源，本課題將安排課題研究人員在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展缺陷診斷定位測(cè)試，以在不影響設(shè)備正常運(yùn)作的情況下，了解開(kāi)關(guān)柜帶電運(yùn)行下局部放電的狀態(tài)，進(jìn)而預(yù)先發(fā)現(xiàn)其潛在缺陷和故障點(diǎn)，以提高現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)維安全性。

2 測(cè)試內(nèi)容

課題研究人員采用DMS特高頻、高精度示波器、地電波、超聲波等多套局放檢測(cè)裝備，對(duì)F15開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行了局放排查和缺陷診斷工作。

2.1 超聲和暫態(tài)地電波測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)無(wú)異常，超聲波現(xiàn)場(chǎng)數(shù)值為0 dB（超過(guò)6 dB為嚴(yán)重放電），地電波為3 dB（超過(guò)50 dB為嚴(yán)重放電）。

2.2 DMS局放測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)首先排除柜內(nèi)可能存在的干擾源，將開(kāi)關(guān)柜內(nèi)加熱照明回路斷開(kāi)，然后對(duì)F15開(kāi)關(guān)柜的前后觀察窗和縫隙進(jìn)行DMS局放測(cè)試，傳感器分別在開(kāi)關(guān)柜正面觀察窗2、開(kāi)關(guān)柜背面觀察窗3以及背面的縫隙位置測(cè)到局部放電信號(hào)，初步判斷為沿面或空穴放電。

具體位置及測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 高壓室F15開(kāi)關(guān)柜觀察窗示意圖

2.3 高精度示波器時(shí)差法

高精度示波器配合兩個(gè)特高頻傳感器，通過(guò)相同長(zhǎng)度的信號(hào)傳輸線傳輸至高精度示波器。分別對(duì)開(kāi)關(guān)柜的上下、 左右、前后三個(gè)維度，利用時(shí)差計(jì)算對(duì)內(nèi)部局放源進(jìn)行精確 定位。

43 cm的傳感器距離時(shí)間差如圖2所示。在F15開(kāi)關(guān)柜背面上下柜板縫隙及觀察窗位置布置傳感器，傳感器間距離為43 cm，利用高精度示波器計(jì)算兩個(gè)傳感器之間首個(gè)峰谷到達(dá)的時(shí)間差（曲線1為1號(hào)傳感器，曲線2為2號(hào)傳感器），并取兩次測(cè)量平均值為0.825 ns，換算成距離為24.7 cm。

155 cm的傳感器距離時(shí)間差如圖3所示。在F15開(kāi)關(guān)柜背面、正面下觀察窗位置布置傳感器，傳感器間距離為155 cm，利用高精度示波器計(jì)算兩個(gè)傳感器之間首個(gè)峰谷到達(dá)的時(shí)間差（曲線3為1號(hào)傳感器，曲線4為2號(hào)傳感器）并取兩次測(cè)量平均值為4.95 ns，換算成距離為148.5 cm。

圖2 43 cm的傳感器距離時(shí)間差示意圖

圖3 155 cm的傳感器距離時(shí)間差示意圖

41 cm的傳感器距離時(shí)間差如圖4所示。在F15開(kāi)關(guān)柜背面上下柜板縫隙左右兩端位置布置傳感器，傳感器間距離為41 cm，利用高精度示波器計(jì)算兩個(gè)傳感器之間首個(gè)峰谷到達(dá)的時(shí)間差（曲線5為1號(hào)傳感器，曲線6為2號(hào)傳感器），并取兩次測(cè)量平均值為0.525 ns，換算成距離為15.7 cm。

圖4 41 cm的傳感器距離時(shí)間差示意圖

通過(guò)三個(gè)維度數(shù)據(jù)的測(cè)量，以開(kāi)關(guān)柜背面左下角為0點(diǎn)建立三維坐標(biāo)（單位：cm），通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)坐標(biāo)建立方程推算局放點(diǎn)位置坐標(biāo)約為（36，99，10）位置，即靠近F15開(kāi)關(guān)柜背面下柜板右上角位置。根據(jù)定位結(jié)果和開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，初步判斷局放信號(hào)源在電流互感器位置，對(duì)應(yīng)位置為B、A兩相電流互感器相鄰位置。F15開(kāi)關(guān)柜出線電流互感器為固體環(huán)氧樹(shù)脂澆注型。

3 測(cè)試結(jié)果分析

超聲和暫態(tài)地電波測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)異常，超聲波現(xiàn)場(chǎng)數(shù)值為0 dB，地電波為3 dB。DMS局放測(cè)試測(cè)到局部放電信號(hào)，相位特征明顯，初步判斷結(jié)果為沿面或空穴放電。高精度示波器利用時(shí)差計(jì)算對(duì)內(nèi)部局放源定位結(jié)果為B、A相出線電流互感器位置。考慮F15開(kāi)關(guān)柜出線電流互感器為固體環(huán)氧樹(shù)脂澆注型，表面可能會(huì)出現(xiàn)臟污、受潮或絕緣存在氣泡。

根據(jù)上述結(jié)果可以分析出，局放信號(hào)源來(lái)自F15開(kāi)關(guān)柜出線B、A相電流互感器位置，原因?yàn)楸砻媾K污或受潮引起沿面放電或固體絕緣存在空穴產(chǎn)生局部放電，建議對(duì)F15開(kāi)關(guān)柜出線B、A相電流互感器加強(qiáng)運(yùn)維試驗(yàn)跟蹤，安排近期進(jìn)行復(fù)測(cè)或停電檢查。

4 結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)系統(tǒng)中各項(xiàng)測(cè)試及設(shè)備診斷均具有重要的意義，能保證電力系統(tǒng)各種設(shè)備運(yùn)行的安全性。項(xiàng)目組通過(guò)對(duì)一起10 kV開(kāi)關(guān)柜（F15）局放定位進(jìn)行診斷分析，明確了放電原因，從而更好地安排后續(xù)跟蹤工作，其研究對(duì)電力系統(tǒng)的測(cè)試領(lǐng)域尤其是電氣設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)工作有著重要的影響和意義，能更好地保障高壓開(kāi)關(guān)柜安全運(yùn)行。

［1］深圳供電局有限公司.10 kV開(kāi)關(guān)柜操作機(jī)構(gòu)運(yùn)維手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2018.

［2］艾新法，汪鋒.10～35 kV高壓開(kāi)關(guān)柜隱患和故障分析及預(yù)防［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2015.

［3］崔景春.高壓交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備：高壓開(kāi)關(guān)柜［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2016.

［4］張文斌.電力設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

［5］律方成，謝慶.電氣設(shè)備局部放電超聲陣列定位［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2016.

［6］唐炬，張曉星，肖淞.高壓電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)傳感器［M］.北京：科學(xué)出版社，2019.

2095－6835（2020）20－0100－02

TM591

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.043

劉秦銘（1989—），男，廣東東莞人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)工程。黃楚晴（1993—），女，廣東韶關(guān)人，本科，助理工程師，研究方向?yàn)殡娏こ碳夹g(shù)。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕